用于改善的晶片裝卸的微結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體處理領(lǐng)域，具體涉及用于改善的晶片裝卸的微結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0001]在半導(dǎo)體器件的制造過程中不同類型的工具被用于執(zhí)行數(shù)百個處理操作。這些操作大部分在處于非常低的壓強(qiáng)下(即在真空或部分真空下)的處理室中執(zhí)行。這樣的處理室可以圍繞中央輪轂布置，并且可將輪轂與處理室保持在基本相同的非常低的壓強(qiáng)下。晶片可以通過機(jī)械地耦合到處理室和/或中央輪轂的晶片裝卸系統(tǒng)引入到處理室。晶片裝卸系統(tǒng)將晶片從工廠車間傳送到處理室中。晶片裝卸系統(tǒng)可以包括帶晶片往返于大氣條件與非常低的壓強(qiáng)條件的裝載鎖，以及將晶片轉(zhuǎn)移到各種位置的機(jī)械手。晶片裝卸系統(tǒng)可以利用在真空環(huán)境外部操作的機(jī)械手，例如，在周圍工廠車間環(huán)境中操作的機(jī)械手，以及在處理室和中心輪轂的非常低壓強(qiáng)的環(huán)境中操作的機(jī)械手。吞吐量(在一段時間內(nèi)處理的晶片的數(shù)量)受到處理時間、一次處理的晶片的數(shù)量、以及引入晶片到真空處理室中所需要的時間的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]本文所描述的主題的一個方面可以在端部執(zhí)行器的接觸墊中實施。接觸墊可包括排列在接觸墊基部上的若干結(jié)構(gòu)，每個結(jié)構(gòu)包括撓性構(gòu)件和多個連接到所述撓性構(gòu)件的接觸構(gòu)件，所述撓性構(gòu)件配置成在施加襯底的情況下偏轉(zhuǎn)，并且所述接觸構(gòu)件被配置為通過范德華粘附力粘附到襯底。這些結(jié)構(gòu)可以根據(jù)各種實施方式以多種配置方式進(jìn)行排列。例如，這些結(jié)構(gòu)可以被布置成圍繞所述接觸墊基部的中心延伸的周向的列。在一些實施方式中，所述結(jié)構(gòu)被配置在多個區(qū)域中，該多個區(qū)域被配置成使得襯底從接觸墊的釋放是按區(qū)域分階段的。在一些實施方式中，所述多個結(jié)構(gòu)的高度和/或有效彈簧常數(shù)跨越接觸墊而變化。高度和/或有效彈簧常數(shù)方面的差異可以是圍繞點對稱的。例如，這些差異可以是圓對稱性的。
[0003]這些撓性構(gòu)件可以具有多種尺寸。在一些實施方式中，撓性構(gòu)件的最大尺寸小于I毫米。在相同或其它實施方式中，撓性構(gòu)件的最小尺寸可以小于100微米。撓性構(gòu)件的材料的示例可包括碳(例如碳納米管的網(wǎng)絡(luò))以及聚合材料。接觸構(gòu)件也可以具有多種尺寸。在一些實施方式中，接觸構(gòu)件的最小尺寸小于I微米，或小于500納米。在一些實施方式中，每個接觸構(gòu)件可包括分割成多個自由端的基部。
[0004]此處所描述的主題的另一個方面可以在端部執(zhí)行器的接觸墊實施，該接觸墊包括排列在接觸墊基部上的多個結(jié)構(gòu)，該多個結(jié)構(gòu)中的每一個具有有效彈簧常數(shù)和高度，所述多個結(jié)構(gòu)的有效彈簧常數(shù)和高度中的至少一個跨越接觸墊變化。在一些實施方式中，高度或有效彈簧常數(shù)的變化可具有圓對稱性。
[0005]本文所描述的主題的另一個方面可以以如本文描述的具有一個或多個端部執(zhí)行器的接觸墊的端部執(zhí)行器實施。
[0006]本文所描述的主題的另一個方面可以以機(jī)械手實施，所述機(jī)械手具有:一個或多個臂部；配置為移動所述一個或多個臂部的馬達(dá)；以及連接到所述一個或多個臂部的一個或多個端部執(zhí)行器。所述一個或多個端部執(zhí)行器可被構(gòu)造成在χ-y方向以至少約0.5g的加速度通過無源接觸傳送半導(dǎo)體襯底而不滑脫并構(gòu)造成用于在施加法向力的情況下將襯底非致動釋放半導(dǎo)體而不傾斜。在一些實施方式中，一個或多個端部執(zhí)行器可操作地在溫度高于400°C支承半導(dǎo)體襯底。在一些實施方式中，一個或多個端部執(zhí)行器可以被配置為傳送直徑為至少300毫米或者至少450毫米的半導(dǎo)體襯底。
[0007]本文所描述的主題的另一個方面可以以半導(dǎo)體處理工具實施。該處理工具可包括傳送模塊，該傳送模塊被配置為連接到一個或多個處理模塊并被配置為將半導(dǎo)體襯底往來于一個或多個處理模塊傳送。傳送模塊包括具有如在本公開中描述的一個或多個端部執(zhí)行器接觸墊的機(jī)械手。在一些實施方式中，該處理工具還包括連接到所述傳送模塊的一個或多個處理模塊。在一些實施方式中，傳送模塊被配置為連接到裝載鎖或襯底存儲位置并將半導(dǎo)體襯底往來于裝載鎖或襯底存儲位置傳送。傳送模塊可以是真空或大氣傳送模塊。該處理工具可以進(jìn)一步包括控制器，該控制器包括機(jī)器可讀指令以在χ-y方向上以至少0.5g，至少lg，或者更高的加速度移動端部執(zhí)行器。
[0008]本文所描述的主題的另一個方面可以以從端部執(zhí)行器釋放襯底的方法實施。該方法可包括提供由端部執(zhí)行器通過無源接觸支承的襯底，所述襯底通過襯底和在端部執(zhí)行器上的多個范德華結(jié)構(gòu)之間的范德華粘附力支承；以及施加法向力至襯底以將襯底從端部執(zhí)行器抬起，從而使范德華力解除，使得在整個解除過程中襯底保持不傾斜。在一些實施方式中，釋放是階段的，使得法向力小于粘附力。
[0009]參考附圖在下文中對本文所描述的主題的這些方面和其它方面進(jìn)一步描述。
【附圖說明】
[0010]圖1示出了在襯底傳送過程中作用在支承在機(jī)械手端部執(zhí)行器的端部執(zhí)行器的接觸墊上的襯底上的力的簡化示意圖的示例。
[0011 ]圖2a示出了在無裝載狀態(tài)下的撓性范德華基微結(jié)構(gòu)的示意圖，其包括連接到接觸結(jié)構(gòu)的撓性構(gòu)件。
[0012]圖2b示出了在將襯底裝載在圖2a中的撓性范德華基微結(jié)構(gòu)上的過程中該結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0013]圖2c示出了裝載狀態(tài)下的圖2a中的撓性范德華基微結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0014]圖2d示出了在圖2a中所示的接觸結(jié)構(gòu)的示例放大示意圖。
[0015]圖3a示出了連接到范德華基微結(jié)構(gòu)的撓性構(gòu)件的接觸結(jié)構(gòu)的示例示意圖。
[0016]圖3b示出了在將襯底裝載在撓性范德華基微結(jié)構(gòu)上的過程中撓性范德華基微結(jié)構(gòu)的示意圖，該微結(jié)構(gòu)包括連接到接觸結(jié)構(gòu)的撓性構(gòu)件。
[0017]圖3c示出了在裝載過程中范德華基微結(jié)構(gòu)的接觸結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)的示例示意圖。
[0018]圖3d示出了范德華基燒性構(gòu)件的示例示意圖。
[0019]圖4a示出了包括多個區(qū)域的范德華基微結(jié)構(gòu)的端部執(zhí)行器接觸墊的俯視圖的示例示意圖。
[0020]圖4b示出了沿圖4a中的端部執(zhí)行器接觸墊的最內(nèi)三個區(qū)域的圖4a的線A的示意剖視圖。
[0021]圖5a_5e示出了從已裝載的端部執(zhí)行器的端部執(zhí)行器墊基部分階段釋放襯底，所述端部執(zhí)行器包括具有設(shè)置在具有不同高度的區(qū)域中的范德華基微結(jié)構(gòu)的接觸墊。
[0022]圖6a_6d示出了從已裝載的端部執(zhí)行器的端部執(zhí)行器墊基部分階段釋放襯底，所述端部執(zhí)行器包括具有設(shè)置在具有不同彈簧常數(shù)的區(qū)域中的范德華基微結(jié)構(gòu)的接觸墊。
[0023]圖7A和7B示出了可以根據(jù)特定實施方式改變的范德華基微結(jié)構(gòu)的角度的示例示意圖。
[0024]圖8示出了包括4個端部執(zhí)行器接觸墊的端部執(zhí)行器的示例，所述端部執(zhí)行器接觸墊包括范德華基微結(jié)構(gòu)。
[0025]圖9示出了包括具有端部執(zhí)行器的高吞吐量真空傳送模塊的半導(dǎo)體處理工具的示例，所述端部執(zhí)行器包括范德華基微結(jié)構(gòu)。
[0026]圖10示出了可用于控制半導(dǎo)體處理工具的控制系統(tǒng)的示例的框圖。
【具體實施方式】
[0027]在附圖中示出了各種實施方式的示例并在下文中做進(jìn)一步描述。應(yīng)該理解的是，這里的討論不旨在將權(quán)利要求限制成所描述的【具體實施方式】。相反，它旨在覆蓋權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍內(nèi)可包括的替換、修改和等同方案。在以下的描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明的徹底理解。本發(fā)明可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實施。在其他示例中，公知的處理操作未被詳細(xì)描述，以便不會不必要地混淆本發(fā)明。
[0028]本文提供了用于襯底傳送的裝置、系統(tǒng)和方法。雖然所描述的裝置、系統(tǒng)和方法可用于半導(dǎo)體制造，但應(yīng)該理解，它們可以用于任何傳送襯底的工藝或行業(yè)，特別是傳送其他大面積襯底，例如用于顯示技術(shù)的玻璃面板。為討論的目的，在下面的描述中主要指半導(dǎo)體晶片，但是應(yīng)理解如何實施用于傳送其他類型的襯底和工件的方法、系統(tǒng)和裝置。
[0029]在集成電路制造過程中半導(dǎo)體晶片常常經(jīng)由晶片輸送裝置引入處理站或模塊。在許多集成電路制造工藝中，晶片在高溫下處理一進(jìn)入晶片傳送裝置時“冷”(通常在約室溫)，而離開處理模塊時“熱”(例如約30°C _500°C之間)。例如，電介質(zhì)或?qū)щ婓w層的蝕刻可以在約30°C _250°C之間的晶片溫度下進(jìn)行。在另一示例中，介電層的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)可在約300°C _500°C的晶片溫度下進(jìn)行。
[0030]機(jī)械手可將冷的晶片從第一位置(例如，裝載鎖或存儲位置)傳送到處理模塊用于處理，并將已處理的熱的晶片從處理模塊傳送回到第一位置或另一位置。在許多應(yīng)用中，該過程是用真空傳送模塊在真空環(huán)境中操作的，該真空傳送模塊用于將晶片傳送到處理模塊以及從處理模塊傳送出來。真空傳送模塊內(nèi)的真空傳送模塊機(jī)械手可以將冷的晶片從裝載鎖或其他位置傳送到處理模塊用于處理，并將已處理的熱晶片從處理模塊傳送回到裝載鎖或另一位置，如連接到真空傳送模塊的第二處理模塊。
[0031]端部執(zhí)行器是連接到機(jī)械手臂部的端部的裝置或工具，諸如葉片、槳狀物、或叉狀物。如本文所使用的，端部執(zhí)行器是任何物理地接觸晶片或其它襯底以傳送晶片或其它襯底的這樣的支承物或裝置。端部執(zhí)行器包括讓晶片坐落的大致平坦的支承物，如葉片、槳狀物或叉狀物，以及將晶片固定到合適位置的裝置，如夾持器。在本文描述的晶片傳送的一些實施方式中，晶片擱置在端部執(zhí)行器的兩個或更多個凸起墊上。吞吐量，即每小時能處理的晶片的數(shù)量，可取決于在多個位置之間可以如何快速地傳送晶片。可以確定吞吐量的因素包括機(jī)械手馬達(dá)的限制、以及承載晶片的端部執(zhí)行器在無晶片滑脫的情況下可以獲得的最大加速度和減速度的限制。后者因素是由在傳送期間上面擱置晶片的端部執(zhí)行器墊或其它表面的靜摩擦系數(shù)來確定的。使用具有高摩擦系數(shù)的材料允許更大的加速度，這縮短了輸送晶片的時間。作為示例，對于硅晶片，全氟彈性體(PFE)具有大約I的靜態(tài)摩擦系數(shù)。這與對于陶瓷為約0.3的系數(shù)進(jìn)行比較。其結(jié)果是，對于在PFE端部執(zhí)行器上的晶片可獲得的加速度比對于在陶瓷端部執(zhí)行器上的晶片可獲得的加速度大兩倍以上。
[0032]圖1示出在襯底傳送期間作用在支承在端部執(zhí)行器12的端部執(zhí)行器接觸墊14上的襯底10(例如450毫米半導(dǎo)體晶片)上的力的簡化示意圖的示例。低顆粒要求可排除使用前側(cè)夾持器以及與襯底10的前側(cè)15的其他接觸。在圖1的示例中，襯底接觸是無源的，且僅限于在襯底10的背面，這使得不存在夾持力以及Fzgiip為零。由于振動和空氣動力都沒有或可忽略不計，因此Fxyac^1取決于端部執(zhí)行器接觸墊14的靜摩擦系數(shù)(Cf)、以及襯底質(zhì)量和重力。在半導(dǎo)體處理中，300毫米裸硅晶片的質(zhì)量為約0.128千克，450毫米裸硅晶片的質(zhì)量為約0.342千克。PFE和其他彈性體的均質(zhì)材料的最高Cf在0.75